Состав атмосферного воздуха, стандарты качества и организация наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы

1. СОСТАВ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА, СТАНДАРТЫ КАЧЕСТВА И ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА УРОВНЕМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

2. СОСТАВ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА. ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Помимо основного состава в атмосфере важным компонентом является также
водяной пар, содержание которого меняется от 0 об. % в сухом воздухе до 4 об. %
во влажном воздухе. Количество инертных газов (неона, гелия, криптона,
ксенона) в воздухе колеблется от тысячных до миллионных долей процента. В
атмосферном воздухе содержится также незначительное количество водорода.
Различные примеси в виде таких соединений, как: аммиак, оксиды азота, метан,
сероводород и др. поступают в атмосферу в результате биологических и
химических процессов (гниение, грозы и т.д.)
2

3. СОСТАВ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА. ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Пылевые частицы от промышленных и природных источников также
оказываются весьма существенным компонентом воздуха, хотя обычно они
присутствуют в относительно небольших количествах.
В воздухе содержатся также микроорганизмы (бактерии, вирусы, плесневые
грибки и др.). Патогенные микроорганизмы среди них встречаются редко и в
ничтожных количествах.
Все другие соединения, изменяющие естественный состав атмосферы,
попадающие в воздух из различных источников (в основном антропогенного
происхождения), классифицируются как загрязнители.
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются:
- промышленность (производство энергии, чёрная и цветная металлургия,
химическая и нефтехимическая промышленность, предприятия по
производству
строительных
материалов,
горнодобывающая
промышленность);
-транспорт.
3

4.

В зависимости от источника и механизма образования различают первичные
и вторичные загрязнители воздуха. Первичные представляют собой
химические вещества, попадающие непосредственно в воздух из
стационарных или подвижных источников. Вторичные образуются в
результате взаимодействия в атмосфере первичных загрязнителей между
собой и с присутствующими в воздухе веществами (кислород, озон, аммиак,
вода) под действием ультрафиолетового излучения.
Большая часть присутствующих в воздухе твёрдых частиц и аэрозолей
является вторичными загрязнителями.
4

5.

С учётом токсичности и потенциальной опасности загрязнителей, их
распространенности и источников эмиссии они были разделены условно на
несколько групп:
1) основные (критериальные) загрязнители атмосферы – оксид углерода, диоксид
серы, оксиды азота, углеводороды, твёрдые частицы и фотохимические оксиданты;
2) полициклические ароматические углеводороды (ПАУ);
3) следы элементов (в основном металлы);
4) постоянные газы (диоксид углерода, фторхлорметаны и др.);
5) пестициды;
6) абразивные твёрдые частицы (кварц, асбест и др.);
7) разнообразные загрязнители, оказывающие многостороннее действие на организм
(нитрозамины, озон, полихлорированные бифенилы (ПХБ), сульфаты, нитраты,
альдегиды, кетоны и др.).
5

6.

Степень загрязнения атмосферного воздуха сильно колеблется во
времени и пространстве и определяется следующими факторами:
• особенностями источников эмиссии загрязнителей (тип источника,
природа и свойства загрязняющих воздух веществ, объём выброса);
• влиянием метеорологических и топографических факторов
(направление и скорость ветра, температурные инверсии, атмосферное
давление, влажность воздуха, рельеф местности и расстояние до источника
загрязнения).
Для борьбы с загрязнением атмосферного воздуха необходимы
стандарты качества воздуха (предельно допустимые концентрации ПДК), на
базе которых осуществляются все мероприятия по сохранению чистоты
окружающей среды.
6

7.

Для санитарной оценки воздушной среды используют следующие виды предельно
допустимых концентраций:
• ПДКрз – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей
зоны, выражаемая в мг/м3 (в воздухе рабочей зоны определяют ПДКмр.рз и ПДКсс.рз);
• ПДКмр.рз – максимальная разовая концентрация вредного вещества в воздухе
рабочей зоны (мг/м3);
• ПДКсс.рз – среднесменная предельно допустимая концентрация вредного вещества в
воздухе рабочей зоны (мг/м3);
• ПДКпп – предельно допустимая концентрация вредного вещества на территории
промышленного предприятия (обычно принимается ПДКпп = 0,3 ПДКрз);
• ОБУВ – ориентировочно безопасные уровни воздействия (для химических веществ,
на которые ПДК не установлены, должны пересматриваться через каждые два года с
учётом накопления данных о здоровье работающих или заменяться ПДК);
• ВДКрз – временно допустимая концентрация химического вещества в воздухе
рабочей зоны (временный отраслевой норматив на 2–3 года);
• ОДКрз – ориентировочно допустимая концентрация химического вещества в воздухе
рабочей зоны;
• ПДКнп – предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосферном
воздухе населённого пункта (в воздухе населённых мест определяют ПДКмр и ПДКсс);
• ПДКмр – максимальная разовая концентрация вредного вещества в воздухе
населённых мест (мг/м3);
• ПДКсс – среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в
воздухе населённых мест (мг/м3).
7

8.

Атмосферные загрязнители по классификации вредных веществ по степени
токсичности и опасности относятся к четырём классам опасности:
1-й класс – чрезвычайно опасные (бенз(а)пирен, свинец и его соединения);
2-й класс – высокоопасные (NO2, H2S, HNO3);
3-й класс – умеренно опасные (пыль неорганическая, сажа, SO2);
4-й класс – малоопасные (бензин, CO).
Оценка качества атмосферного воздуха основана на сравнении фактически
измеренной концентрации с ПДК.
При
одновременном
присутствии
нескольких
загрязняющих
веществ,
обладающих эффектом суммации, их
безразмерная концентрация Х не должна
превышать единицу:
8

9.

• На практике в воздухе имеется, как правило, несколько загрязняющих
веществ. Поэтому для оценки качества воздуха применяется
комплексный показатель I – индекс загрязнения атмосферы (ИЗА),
который равен сумме нормированных по ПДК и приведённых к
концентрации диоксида серы средних содержаний загрязняющих
веществ.
• Для одного вещества
Для нескольких веществ
• c – средняя за год концентрация, мг/м3;
• ПДКсс – среднесуточная ПДК, мг/м3, в случае отсутствия вместо неё
принимается ПДКмр или ОБУВ;
• k = 1,7 (класс опасности 1); k = 1,3 (класс опасности 2); k = 1,0 (класс
опасности 3); k = 0,9 (класс опасности
9

10.

Рисунок 1 - Классификация ПДК вредных веществ в воздухе
Таблица 1 - Шкала экологического состояния атмосферы
Класс экологического загрязнения атмосферы
I
Норма
<5
Риск
5-8
Кризис
8-15
Бедствие
>15
В нашей стране контроль за соблюдением ПДК токсичных веществ
проводятся химиками санитарно-эпидемиологических станций (СЭС) и
санитарно-гигиенических лабораторий промышленных предприятий.
10

11.

Правила организации наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах
и населённых пунктах изложены в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01–86 (переизд.
2005), а также с руководством по контролю загрязнения атмосферы РД
52.04.186–89.
• Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы осуществляется на постах.
• Устанавливаются посты наблюдений трёх категорий:
- стационарные - для обеспечения непрерывной регистрации содержания
загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего
анализа;
- маршрутные - для регулярного отбора проб воздуха, когда невозможно
установить стационарный пост или необходимо более детально изучить состояние
загрязнения воздуха в отдельных районах;
- передвижные (подфакельные) - для отбора проб поддымовым (газовым)
факелом с целью выявления зоны влияния данного источника промышленных
выбросов
11

12.

Число постов и их размещение определяется с учётом численности населения,
площади населённого пункта и рельефа местности, а также развития
промышленности, сети магистралей с интенсивным транспортным движением и
их расположением по территории города, рассредоточенности мест отдыха и
курортных зон.
Одновременно с отбором проб воздуха определяют следующие
метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температуру
воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности.
Перечень веществ для измерения на стационарных, маршрутных постах и при
подфакельных наблюдениях устанавливается на основе сведений о составе и
характере выбросов от источника загрязнения в городе и метеорологических
условий рассеивания
примесей.
Определяются
вещества,
которые
выбрасываются предприятиями города, и оценивается возможность
превышения ПДК этих веществ. В результате составляется список приоритетных
веществ, подлежащих контролю в первую очередь. Как правило, на опорных
стационарных постах организуются наблюдения за содержанием основных
загрязняющих веществ: пыли, диоксида серы, оксида углерода, оксида и
диоксида азота, а также за специфическими веществами, которые характерны
для промышленных выбросов многих предприятий данного города
(населённого пункта).
12

13.

При определении приземной концентрации примеси в атмосфере отбор проб и
измерение концентрации примеси проводятся на высоте 1,5…3,5 м от
поверхности земли. Продолжительность отбора проб воздуха для определения
среднесуточных концентраций загрязняющих веществ при дискретных
наблюдениях по полной программе составляет 20…30 мин, при непрерывном
отборе – 24 ч. Продолжительность метеорологических наблюдений составляет
10 мин.
Существенным этапом санитарно-химических исследований воздушной среды
рабочей зоны является отбор пробы воздуха для определения содержания
микропримесей токсичных соединений. При разработке методов контроля
этому этапу уделяют большое внимание.
Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
предприятий народного хозяйства изложены в соответствии с ГОСТ 12.1.005–88
(переизд. 2008).
13

14.

При наличии в воздухе нескольких химических веществ или сложных
многокомпонентных смесей неизвестного состава необходимо предварительно
провести идентификацию смесей и определить приоритетные – наиболее
опасные и характерные компоненты, на которые следует ориентироваться при
оценке состояния воздушной среды.
При одновременном содержании в
воздухе рабочей зоны нескольких
вредных веществ однонаправленного
действия сумма отношений
фактических концентраций каждого из
них в воздухе к их ПДК не должна
превышать единицы.
14

15.

Контроль за соблюдением ПДКмр.рз и ОБУВ проводят при непрерывном или
последовательном отборе в течение 15 мин в любой точке рабочей зоны при
условии достижения предела обнаружения определяемого вещества. Если
предел обнаружения метода анализа даёт возможность в течение 15 мин
отобрать не одну, а несколько проб воздуха, то нужно определить среднее
значение из результатов отобранных проб за указанный период времени. Если
данным методом невозможно обнаружить вещество на уровне 0,5 ПДКмр за 15
мин, допускается увеличение продолжительности отбора проб до 30 мин.
Если стадия технологического процесса настолько коротка, что нельзя отобрать в
одну пробу необходимое для анализа количество вещества, то отбор проб в эту
же концентрационную трубку (фильтр) или поглотительный прибор необходимо
продолжить при повторении операции.
При санитарно-гигиенических исследованиях производственной атмосферы с
длительными стадиями технологического процесса отбор проб необходимо
проводить с учётом начала, середины и конца процесса, а также с учётом
продолжительности выделения наибольшего количества токсичных веществ.
15

16.

Для получения достоверных результатов при санитарно-химических
исследованиях воздушной среды в любой точке на каждой стадии
технологического процесса или отдельной операции должно быть
последовательно отобрано не менее пяти проб воздуха. Вычисляют среднее
арифметическое значение (концентрация с, мг/м3) и доверительный интервал
(ε, %):
Если полученное значение доверительного интервала равно или меньше 25 %,
то значение средней арифметической считается достоверным. Если
вычисленный доверительный интервал превышает 25 %, должны быть отобраны
дополнительные пробы.
16

17.

Периодичность отбора проб воздуха для каждого вещества в каждой точке
устанавливают в зависимости от характера технологического процесса
(непрерывного, периодического), класса опасности и характера биологического
действия производственной среды, уровня загрязнения, времени пребывания
обслуживающего персонала на рабочем месте.
Для вторичных (побочных) веществ периодичность контроля следует
устанавливать в зависимости от класса опасности вредного вещества: для
веществ I класса опасности – не реже одного раза в 10 дней; для веществ II
класса – не реже одного раза в месяц; для веществ III и IV классов – не реже
одного раза в квартал.
Контроль за соблюдением среднесменных концентраций предусмотрен для
веществ, которые имеют соответствующий норматив – ПДКсс.рз для
характеристики уровня среднесменных концентраций, воздействующих на
рабочих одной профессиональной группы, необходимо провести обследование
не менее пяти человеко-смен.
17

18.

Микропримеси вредных веществ в воздухе могут находиться в виде газов, в
виде паров – преимущественно вещества, представляющие собой жидкость с
температурой кипения до 230 – 250 °С, а также некоторые твёрдые вещества,
обладающие высокой летучестью. Иногда вещества могут находиться в воздухе
одновременно в виде паров и аэрозолей. Аэрозоли конденсации образуются
также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлению новых
жидких или твёрдых фаз.
Наряду с аэрозолями конденсации в различных производственных процессах
(например, при механическом измельчении твёрдых веществ и распылении
жидкостей) образуются аэрозоли дезинтеграции с более грубой дисперсностью.
При проведении санитарно-химических исследований на производстве пробы
воздуха отбирают преимущественно аспирационным способом путём
пропускания исследуемого воздуха через поглотительную систему (жидкая
поглотительная среда, твёрдые сорбенты или фильтрующие материалы).
Минимальная концентрация вещества, поддающаяся чёткому и надёжному
определению, зависит от количества отбираемого воздуха. Аспирация излишних
объёмов воздуха приводит к неоправданным потерям рабочего времени, при
недостаточном объёме воздуха снижается точность анализа, а иногда вообще
оказывается невозможным проведение количественных определений.
18

19.

Оптимальный объём воздуха V, необходимый для определения токсической
примеси с заданной точностью, можно рассчитать по следующей формуле:
а – нижний предел обнаружения в анализируемом объёме пробы, мкг;
V0 – общий объём пробы, см3;
Vn – объём пробы, взятой для анализа, см3;
СПДК – предельно допустимая концентрация, мг/м3;
K – коэффициент, соответствующий долям ПДК.
19

20.

20